Innholdsfortegnelse[Gjemme seg][Forestilling]
Digital transformasjon endrer verden raskere enn noen gang før. Å lære om nøkkelbegrepene i den digitale tidsalderen vil bli enda mer kritisk med den nært forestående ankomsten av nok en ny bølge av teknologi som er i stand til å transformere eksisterende modeller med forbløffende hastighet og kraft: kvanteberegning.
I denne artikkelen sammenligner vi de grunnleggende konseptene for tradisjonell databehandling og kvantedatabehandling, og begynner også å utforske deres anvendelse på forskjellige områder.
Hva er kvanteegenskaper?
Gjennom historien har mennesker utviklet teknologi ettersom de har kommet til å forstå naturens virkemåte gjennom vitenskap. Mellom 1900- og 1930-tallet ga studiet av noen fysiske fenomener som ennå ikke var godt forstått, opphav til en ny fysisk teori: Kvantemekanikk. Denne teorien beskriver og forklarer hvordan den mikroskopiske verden fungerer, det naturlige habitatet til molekyler, atomer og elektroner.
Ikke bare har den vært i stand til å forklare disse fenomenene, men den har også gjort det mulig å forstå at den subatomiske virkeligheten fungerer på en fullstendig kontraintuitiv, nesten magisk måte, og at hendelser finner sted i den mikroskopiske verden som ikke skjer i makroskopisk verden.
Disse kvanteegenskapene inkluderer kvantesuperposisjon, kvantesammenfiltring og kvanteteleportering.
- Kvantesuperposisjon beskriver hvordan en partikkel kan være i forskjellige tilstander samtidig.
- Kvanteforviklinger beskriver hvordan to partikler kan bringes til en "sammenfiltret" tilstand og deretter reagere nesten samtidig på samme måte, til tross for deres fysiske avstand. Med andre ord kan de plasseres så langt fra hverandre som ønskelig, og når de samhandler med den ene, reagerer den andre på den samme interaksjonen.
- Quantum Teleportation bruker kvanteforviklinger for å sende informasjon fra ett sted i rommet til et annet uten å måtte reise gjennom rommet.
Kvanteberegning er basert på disse kvanteegenskapene til subatomær natur.
I dette tilfellet lar dagens forståelse av den mikroskopiske verden gjennom kvantemekanikk oss finne opp og designe teknologier som er i stand til å forbedre menneskers liv. Det er mange forskjellige teknologier som bruker kvantefenomener, og noen av dem, som lasere eller magnetisk resonansavbildning (MRI), har eksistert i mer enn et halvt århundre.
Hva er Quantum Computing?
For å forstå hvordan kvantedatamaskiner fungerer, er det nyttig først å forklare hvordan datamaskinene vi bruker hver dag, referert til i denne artikkelen som digitale eller klassiske datamaskiner, fungerer. Disse, som alle andre elektroniske enheter som nettbrett eller mobiltelefoner, bruker biter som deres grunnleggende minneenheter. Dette betyr at programmer og applikasjoner er kodet i bits, dvs. i et binært språk med nuller og enere.
Hver gang vi samhandler med noen av disse enhetene, for eksempel ved å trykke på en tast på tastaturet, opprettes, ødelegges og/eller endres strenger med nuller og ener på datamaskinen.
Det interessante spørsmålet er, hva er disse nullene og enerne fysisk inne i datamaskinen? Null- og en-tilstandene til bitene tilsvarer elektrisk strøm som flyter, eller ikke, gjennom mikroskopiske deler kalt transistorer, som fungerer som brytere. Når ingen strøm flyter, er transistoren "av" og tilsvarer en bit 0, og når den flyter, er den "på" og tilsvarer en bit 1.
I en mer forenklet form er det som om bit 0 og 1 tilsvarer hull, slik at et tomt hull er litt 0 og et hull okkupert av et elektron er litt 1. Nå som vi har en ide om hvordan dagens datamaskiner fungerer , la oss prøve å forstå hvordan kvantedatamaskiner fungerer.
Fra bits til qubits
Den grunnleggende informasjonsenheten i kvanteberegning er kvantebiten eller kvantebiten. Qubits er per definisjon to-nivå kvantesystemer som i likhet med biter kan være på det lave nivået, som tilsvarer en tilstand med lav eksitasjon eller energi definert som 0; eller på høyt nivå, som tilsvarer en tilstand med høyere eksitasjon eller definert som 1.
Imidlertid, og her ligger den grunnleggende forskjellen med klassisk databehandling, kan qubits også være i en hvilken som helst av et uendelig antall mellomtilstander mellom 0 og 1, for eksempel en tilstand som er halv 0 og halv 1, eller tre fjerdedeler av 0 og en fjerdedel av 1. Dette fenomenet er kjent som kvantesuperposisjon og er naturlig i kvantesystemer.
Kvantealgoritmer: Eksponentielt kraftigere og mer effektiv databehandling
Hensikten med kvantedatamaskiner er å utnytte disse kvanteegenskapene til qubits, som kvantesystemer, for å kunne kjøre kvantealgoritmer som bruker superposisjon og sammenfiltring for å tilby mye større prosessorkraft enn klassiske.
Det er viktig å påpeke at det virkelige paradigmeskiftet ikke består i å gjøre det samme som digitale eller klassiske datamaskiner – de nåværende – gjør, men raskere, som mange artikler feilaktig hevder, men snarere at kvantealgoritmer lar visse operasjoner utføres. utført på en helt annen måte; som ofte er mer effektivt - det vil si på mye kortere tid eller bruker langt færre beregningsressurser-.
La oss se på et konkret eksempel på hva dette innebærer. La oss forestille oss at vi er i San Francisco og vi ønsker å vite hvilken som er den beste ruten til New York av en million alternativer for å komme dit (N=1,000,000 1,000,000 XNUMX). For å kunne bruke datamaskiner til å finne den optimale ruten, må vi digitalisere XNUMX XNUMX XNUMX alternativer, noe som innebærer å oversette dem til bitspråk for den klassiske datamaskinen og til qubits for kvantecomputeren.
Mens en klassisk datamaskin må gå gjennom alle banene én etter én til den finner den ønskede, drar en kvantedatamaskin fordel av en prosess kjent som kvanteparallellisme som gjør at den i hovedsak kan vurdere alle stier samtidig. Dette innebærer at kvantedatamaskinen vil finne den optimale ruten langt raskere enn den klassiske datamaskinen, på grunn av optimalisering av brukte ressurser.
For å forstå forskjellene i beregningskapasitet, med n qubits kan vi gjøre det tilsvarende det som ville vært mulig med 2n biter. Det sies ofte at med ca 270 qubits kan du ha flere basetilstander i en kvantedatamaskin – flere forskjellige og samtidige tegnstrenger – enn antall atomer i universet, som er beregnet til å være omtrent 280. Et annet eksempel er at det anslås at man med en kvantedatamaskin på mellom 2000 og 2500 qubits kan bryte praktisk talt all kryptografi som brukes i dag (kjent som offentlig nøkkelkryptografi).
Når det gjelder kryptografi, er det mange fordeler ved å bruke kvanteberegning. Hvis to systemer er rent innviklet, betyr det at de er korrelert med hverandre (dvs. når det ene endres, endres det andre også) og ingen tredjepart deler denne korrelasjonen.
Ta bort
Vi er i en tid med digital transformasjon der ulike nye teknologier som blokkjede, kunstig intelligens, droner, tingenes internett, virtuell virkelighet, 5G, 3D-printere, roboter eller autonome kjøretøyer er i økende grad tilstede i flere felt og sektorer.
Disse teknologiene, som er satt til å forbedre livskvaliteten ved å akselerere utvikling og generere sosial påvirkning, utvikles for tiden parallelt. Bare sjelden ser vi selskaper som utvikler produkter som utnytter kombinasjoner av to eller flere av disse teknologiene, for eksempel blockchain og IoT eller droner og kunstig intelligens.
Mens de er bestemt til å konvergere og dermed generere eksponentielt større innvirkning, betyr det tidlige utviklingsstadiet de er i og mangelen på utviklere og personer med teknisk bakgrunn at konvergenser fortsatt er en ventende oppgave.
På grunn av deres forstyrrende potensial forventes kvanteteknologier ikke bare å konvergere med alle disse nye teknologiene, men også ha bred innflytelse på praktisk talt alle av dem. Kvanteberegning vil true autentisering, utveksling og sikker lagring av data, og ha større innvirkning på de teknologiene der kryptografi spiller en mer relevant rolle, for eksempel cybersikkerhet eller blokkjede.
Legg igjen en kommentar